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第一章 概述1

1.1 过程控制系统与通信网络1

1.1.1 集散式过程控制系统的产生1

1.1.2 现场总线控制系统4

1.1.3 工业以太网、Internet与过程控制系统6

1.2 网络控制系统7

1.3 网络诱导延时及其对网络控制的挑战9

1.4 相关领域的国内外研究现状11

1.4.1 网络诱导延时的测量、分析和建模11

1.4.2 网络控制系统的分析及设计13

1.5 本文的主要工作和特色19

1.6 章节安排21

第二章 基于TCP/IP网络的控制系统23

2.1 基于TCP/IP网络控制系统的体系结构23

2.2 基于TCP/IP网络控制系统的通信协议25

2.2.1 Internet分层参考模型25

2.2.2 Internet协议（IP）26

2.2.3 传输层协议（TCP及UDP）27

2.3 设备驱动方式29

2.3.1 时钟驱动与事件驱动29

2.3.2 本文选择的设备驱动方式30

2.3.3 延时叠加性33

2.4 本章小结34

第三章 采用TCP/IP协议的校园网延时测试及分析35

3.1 自相似随机过程36

3.1.1 自相似随机过程的定义36

3.1.2 自相似随机过程的特性37

3.2 自相似过程的检验方法38

3.2.1 方差聚类法39

3.2.2 小波分析法39

3.3 校园网延时测量方法和环境41

3.4 以太网延时测量结果及分析43

3.5 本章小结54

第四章 基于校园网的RTT延时统计模型56

4.1 校园网长时段RTT延时序列的建模56

4.1.1 几种备选分布及其参数估计56

4.1.2 备选分布的参数估计及其检验58

4.2 基于滑窗的短时段RTT网络延时序列建模60

4.3 基于支持向量机的在线模型选取66

4.3.1 支持向量机分类器66

4.3.2 滑窗建模时的模型选取68

4.4 本章小结70

第五章 基于校园网的参数化PI控制器在线增益自整定算法研究71

5.1 一阶时滞过程参数化PI控制器的增益稳定范围72

5.2 二阶时滞过程参数化PI控制器的增益稳定范围76

5.3 参数β的离线寻优80

5.3.1 设备驱动方式80

5.3.2 β寻优的遗传算法82

5.3.3 实例研究84

5.4 在线β的整定算法88

5.4.1 算法描述88

5.4.2 实例研究90

5.5 本章小结92

第六章 基于校园网的鲁棒PID控制器研究93

6.1 延时的建模94

6.2 基于H∞理论的网络PID控制器设计95

6.2.1 H∞控制的基本结果95

6.2.2 基于H∞的网络PID控制器的参数整定算法98

6.2.3 PID参数稳定区域的计算方法99

6.2.4 仿真研究102

6.3 μ分析107

6.3.1 结构奇异值μ107

6.3.2 μ分析方法110

6.4 采用μ分析的鲁棒网络PID控制器设计及分析111

6.4.1 采用μ分析的鲁棒网络PID控制器设计111

6.4.2 实例研究及分析112

6.5 本章小结115

第七章 基于最小二乘支持向量机建模的GPC-PID网络控制器研究116

7.1 最小二乘支持向量机117

7.1.1 支持向量机递归117

7.1.2 最小二乘支持向量机递归121

7.2 最小二乘支持向量机建模及实例分析122

7.2.1 最小二乘支持向量机建模122

7.2.2 实例研究124

7.3 广义预测控制的主要结果129

7.4 基于GPC的PID控制器设计思想131

7.5 基于GPC的一步预测最优PID参数133

7.5.1 一步预测PID参数算法133

7.5.2 一步预测PID参数递推算法134

7.5.3 仿真研究136

7.6 采用GPC控制的PID参数整定139

7.6.1 参数整定算法139

7.6.2 实例研究139

7.7 基于LS-SVM的网络GPC-PID控制141

7.7.1 网络控制算法141

7.7.2 实例研究142

7.8 本章小结145

第八章 总结与展望147

8.1 全文总结147

8.2 进一步工作的展望150

参考文献152

攻读博士学位期间公开发表的学术论文165

攻读博士学位期间完成科研工作情况167

致谢168